JP2009182446A

JP2009182446A - アンテナ

Info

Publication number: JP2009182446A
Application number: JP2008018049A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujiwara; 武藤原; Masahide Tanaka; 将英田中; Tomohiko Kanemura; 知彦金村
Original assignee: Suncall Corp
Current assignee: Suncall Corp
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】給電部及び放射エレメントが一体形成された従来アンテナと同等以上の性能を有しつつ、製造コストの低廉化及び仕様変更の容易化を図る。
【解決手段】給電部を備えた小型ループ回路と、高周波磁界によって励起されて電波を放射可能な放射エレメントとが別体形成されている。前記小型ループ回路及び前記放射エレメントは磁気的に結合された状態で前記小型ループ回路が位置する平面に対して直交する方向に視た際に前記小型ループ回路の少なくとも一部が前記放射エレメントとオーバーラップするように、前記直交方向に積層配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダイポールアンテナ等のアンテナに関する。

ダイポールアンテナ等のアンテナは、ＩＣチップ等の送受信素子との共働下に、識別情報の正確且つ効率的な送受信を行うことができる為、物流管理や人の入出退管理等の種々の分野において利用されている。

前記ダイポールアンテナは、前記送受信素子における一対の接続端子にそれぞれ接続される一対の給電点を有する給電部と、前記給電部から一方側及び他方側へ延びる放射エレメントとを備えている。

従来のダイポールアンテナは、前記給電部及び前記放射エレメントが一体形成されている為（下記図６参照）、製造コストの低廉化が困難であると共に、仕様変更に対応し難いという問題があった。

即ち、前記給電部の製造には厳格な寸法精度が要求される。
従って、前記給電部及び前記放射エレメントが一体形成されている前記従来のアンテナにおいては、前記給電部に要求される寸法精度を満足させる製造方法（例えば、エッチング加工）によって前記アンテナの全体を製造する必要があり、製造コストが高くなるという問題があった。
さらに、前記従来構成において仕様変更を行う場合には、前記給電部及び前記放射エレメントを含むアンテナ全体を製造し直す必要があった。

本発明は、前記従来技術に鑑みなされたものであり、給電部及び放射エレメントが一体形成されてなる従来のアンテナと同等以上のアンテナ性能を有しつつ、製造コストの低廉化及び仕様変更の容易化を図り得るアンテナの提供を、目的とする。

本発明は、前記一の目的を達成するために、一端部及び他端部が送受信素子における一対の接続端子にそれぞれ接続される給電点を形成するように同一平面内において略環状とされた導体によって形成され、高周波磁界を発生させる小型ループ回路と、高周波磁界によって励起されて電波を放射可能な放射エレメントであって、前記小型ループ回路とは別体形成された放射エレメントとを備え、前記小型ループ回路及び前記放射エレメントは磁気的に結合された状態で前記小型ループ回路が位置する平面に対して直交する方向に視た際に前記小型ループ回路の少なくとも一部が前記放射エレメントとオーバーラップするように、前記直交方向に積層配置されているアンテナを提供する。

前記小型ループ回路は所定距離に亘って直線状に延びる直線辺を有し、且つ、前記放射エレメントは長手方向中央の中央位置を基準にして一端側及び他端側へ所定距離に亘って直線状に延びる直線部分を有し得る。
斯かる構成において、好ましくは、前記小型ループ回路及び前記放射エレメントは、前記直線辺及び前記直線部分が互いに対して平行な状態で前記直交方向視においてオーバーラップするように、前記直交方向に積層配置される。

より好ましくは、前記直線辺の中央位置が前記放射エレメントの長手方向位置に関し前記中央位置と同一位置に位置される。
さらに好ましくは、前記直線辺及び前記直線部分は同一幅とされ、前記直線辺及び前記直線部分は、前記放射エレメントの幅方向位置に関し同一位置に位置される。

前記種々の構成において、好ましくは、前記小型ループ回路は誘電体からなるベースフィルム上に積層されて小型ループ回路ユニットを形成し、前記小型ループ回路ユニットが前記放射エレメントに固着される。

本発明に係るアンテナによれば、互いに別体形成された小型ループ回路及び放射エレメントが磁気的に結合された状態で前記小型ループ回路が位置する平面に対して直交する方向に視た際に前記小型ループ回路の少なくとも一部が前記放射エレメントとオーバーラップするように、前記直交方向に積層配置されているので、給電部及び放射エレメントが一体形成されてなる従来のアンテナと同等以上のアンテナ性能を有しつつ、製造コストの低廉化及び仕様変更の容易化を図ることができる。

以下に、本発明に係るアンテナの好ましい実施の形態につき、添付図面を参照しつつ説明する。
図１に、本実施の形態に係るアンテナ１Ａの斜視図を示す。
又、図２(a)及び(b)に、それぞれ、前記アンテナ１Ａの平面図及び正面図を示す。
さらに、図３に、前記アンテナ１Ａの部分拡大正面図を示す。

前記アンテナ１Ａは、ＩＣチップ等の送受信素子１００との共働下に、信号を送信及び／又は受信するＲＦＩＤインレットを形成する。
詳しくは、前記アンテナ１Ａは、前記送受信素子１００との共働下に高周波磁界を発生させる小型ループ回路１１と、高周波磁界によって励起されて電波を放射可能な放射エレメント２１とを備えている。

前記小型ループ回路１１は、一端部及び他端部が送受信素子における一対の接続端子に接続される給電点１２ａ，１２ｂを形成するように同一平面内において略環状とされた導体によって形成されさており、前記送受信素子１００との共働下に高周波磁界を発生させる。
例えば、前記小型ループ回路１１は、電気長が信号波長の１／２未満となるように形成される。

前記放射エレメント２１の電気長は、高周波磁界によって励起されて、仕様に応じた利得の電波を放射し得るように適宜に設定される。
前記放射エレメント２１の電気長は、例えば、信号波長の１／２の整数倍、若しくは、信号波長の１／２よりわずかに短い長さ（信号波長の40％等）とされる。

本実施の形態においては、図１〜図３に示すように、前記小型ループ回路１１と前記放射エレメント２１とは別体形成されており、さらに、両者が磁気的に結合された状態で前記小型ループ回路１１が位置する平面に対して直交する方向に視た際に（平面視において）前記小型ループ回路１１の少なくとも一部が前記放射エレメント２１とオーバーラップするように前記直交方向に積層配置されている。

斯かる構成の前記アンテナ１Ａによれば、給電点を含む給電部と放射エレメントとが一体形成されている従来のアンテナに比して、製造コストの低廉化を図ることができる。

即ち、前記送受信素子１００における一対の接続端子にそれぞれ接続される一対の給電点１２ａ，１２ｂの間のスリット１３や、給電部を形成する導体の幅には、厳格な寸法精度が要求される。特に、前記給電部を構成する導体の形状や配置によって整合回路を形成する場合には、より厳格な寸法精度が必要となる。
一方、前記放射エレメント２１には、仕様に応じた放射特性が奏される限りにおいて、それ程厳格な寸法精度は要求されない。

しかしながら、給電点を含む給電部と放射エレメントとが一体形成されている従来構成においては、前記給電部に要求される寸法精度を満足させる製造方法で、前記給電部及び前記放射エレメントを含むアンテナ全体を製造する必要がある。
厳格な寸法精度を満足させる製造方法として、一般的には、エッチング加工が例示されるが、このエッチング加工によって前記給電部及び前記放射エレメントを一体形成すると、高価な材料に対して大きな面積に亘って精密なエッチング加工を行うことになり、コスト高を招く。さらに、前記給電部及び前記放射エレメントを含むアンテナ全体をエッチング加工する場合、母材に対して効率的に材料取りを行うことが困難になり、材料ロスを招き易く、この点によってもコスト高を招く。

これに対し、本実施の形態に係る前記アンテナ１Ａにおいては、前述の通り、前記給電点１２ａ，１２ｂを有する前記小型ループ回路１１と前記放射エレメント２１とが別体形成されている。
斯かる構成によれば、小さな面積の前記小型ループ回路１１だけを厳格な寸法精度を満足させる製造方法（例えば、アルミ箔を用いたエッチング加工）によって製造しつつ、大きな面積の前記放射エレメント２１については、寸法精度は劣るが安価な製造方法（例えば、樹脂又は紙の上に導電性インクを印刷する方法、若しくは、前記アンテナ１Ａが固着されるべき対象物のパッケージに導電性インクを印刷する方法又は前記パッケージに金属泊を貼り付ける方法）で製造することができる。

従って、前記給電部及び前記放射エレメントを含むアンテナ全体をエッチング加工等の厳格な寸法精度を満足させ得る製造方法によって形成しなければならない従来構成に比して、コストの低廉化を図ることができる。

なお、前記小型ループ回路１１の前記給電点１２ａ，１２ｂへの前記送受信素子１００の接続作業の効率を向上させる為には、前記給電点１２ａ，１２ｂの平面性が重要となる。
この点を考慮すると、好ましくは、図１〜図３に示すように、前記小型ループ回路１１は、樹脂等の誘電体からなるベースフィルム１５上に積層されて小型ループ回路ユニット１０を形成するように構成され得る。
斯かる構成によれば、前記小型ループ回路１１の形成時に前記小型ループ回路１１に反り等の変形が生じることを有効に防止でき、前記送受信素子１００の前記給電点１２ａ，１２ｂへの接続作業効率を向上させることができる。

前記小型ループ回路ユニット１０は、例えば、前記ベースフィルム１５上に前記小型ループ回路１１を形成するアルミニウム又は銅等の導体を積層する工程と、前記ベースフィルム１５及び前記導体からなる積層体に対してエッチング加工することにより前記導体から前記小型ループ回路１１を形成する工程とを含む製造方法によって容易に製造される。

本実施の形態においては、図１〜図３に示すように、前記放射エレメント２１も樹脂等の誘電体からなるベースフィルム２５上に積層されており、前記ベースフィルム２５と共に放射エレメントユニット２０を形成している。

前記放射エレメントユニット２０は、例えば、前記ベースフィルム２５を用意する工程と、前記ベースフィルム２５上に導電性インクを所定形状に印刷することで前記放射エレメント２１を形成する工程とを含む製造方法によって容易に製造される。

前記小型ループ回路１１及び前記放射エレメント２１の結合は、例えば、接着剤、又は、超音波によって行うことができる。
又、本実施の形態におけるように、前記小型ループ回路１１が前記ベースフィルム１５上に積層されている場合には、前記ベースフィルム１５を熱融着させることで前記小型ループ回路１１を前記放射エレメント２１に固着させることも可能である。

前記小型ループ回路１１及び前記放射エレメント２１が別体形成されている本実施の形態は、製造コストの低廉化に加えて、アンテナの仕様変更に容易に対応することができるという効果も奏する。
即ち、前記給電部及び前記放射エレメントが一体形成されている従来構成において、仕様の異なるアンテナを得る為には、前記給電部及び前記放射エレメントを含むアンテナ全体を製造し直す必要がある。
これに対し、本実施の形態においては、例えば、前記小型ループ回路１１を共用部品とし、前記放射エレメント２１のみを変更するだけで、仕様の異なるアンテナを得ることができる。

好ましくは、前記小型ループ回路１１は、周囲長の略１／２又はそれ以上に亘って前記放射エレメント２１に対しオーバーラップするものとされる。
斯かる構成を備えることにより、アンテナの放射特性を向上させることができる。

図２(c)に、前記アンテナ１Ａにおける前記放射エレメント２１の平面図を示す。
アンテナ放射特性の向上を図りつつ製造容易化を図る為に、前記小型ループ回路１１に所定距離に亘って直線状に延びる直線辺１１０（図１及び図２(a)参照）を設け、且つ、前記放射エレメント２１には長手方向中央の中央位置Ｃを基準にして一端側及び他端側へ所定距離に亘って直線状に延びる直線部分２１０を設け（図２(c)参照）、前記直線辺１１０及び前記直線部分２１０が互いに対して平行な状態で前記直交方向視においてオーバーラップするように、前記小型ループ回路１１及び前記放射エレメント２１を前記直交方向に積層配置させることができる。

本実施の形態においては、前記小型ループ回路１１は、図１及び図２に示すように、平面視において略矩形状を有している。
詳しくは、前記小型ループ回路１１は、一端部が前記一対の給電点の一方１２ａを形成する第１給電辺１１１ａと、前記一対の第１給電点の他方１２ｂを形成する一端部が前記スリット１３を介して前記第１給電辺１１１ａと対向配置され且つ前記第１給電辺１１１ａとは反対側へ延びる第２給電辺１１１ｂと、一端部が前記第１及び第２給電辺１１１ａ，１１１ｂの他端部にそれぞれ接続され且つ前記第１及び第２給電辺１１１ａ，１１１ｂに対してそれぞれ直交する方向に互いに対して略平行に延びる第１及び第２短辺１１２ａ，１１２ｂと、前記第１及び第２給電辺１１１ａ，１１１ｂに対して平行に延びるように前記第１及び第２短辺１１２ａ，１１２ｂの他端部同士を接続する長辺１１３とを有している。
斯かる構成において、前記長辺１１３が前記直線辺１１０を形成している。

より好ましくは、図２に示すように、前記直線辺１１０の長手方向中央位置が前記放射エレメント２１の長手方向位置に関し前記中央位置Ｃと同一位置に位置される。
斯かる構成により、前記アンテナ１Ａを、優れた放射特性を有するダイポールアンテナとして利用することができる。

さらに好ましくは、図２に示すように、前記直線辺１１０及び前記直線部分２１０を同一幅とし、且つ、前記直線辺１１０及び前記直線部分２１０を前記放射エレメント２１の幅方向位置に関し同一位置に位置させることができる。
斯かる構成によれば、アンテナ特性をさらに向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、前記放射エレメント２１は、図２(c)に示すように、前記直線部分２１０を含む全体が直線状とされているが、図４に示すような形状とすることも可能である。
即ち、図４(a)に示す放射エレメント２１Ａは、前記直線部分２１０の両側にそれぞれ幅広のコンデンサ領域２１５を有している。斯かる構成によれば、前記アンテナ全体の長手方向長さを短縮化できる。
図４(b)に示す放射エレメント２１Ｂは、前記直線部分２１０から一直線状に延びる第１放射領域２２１と、前記第１放射領域２２１から変曲点を介して折り曲げられた第２及び第３放射領域２２２，２２３とを有している。斯かる構成によれば、共振周波数の帯域幅を広げることができる。
図４(c)及び図４(d)に示す放射エレメント２１Ｃ，２１Ｄは、前記直線部分２１０から両端部の間に複数の変曲点を介して折り曲げられた折り曲げ領域２３０Ｃ，２３０Ｄを有している。斯かる構成によれば、前記アンテナ全体の長手方向長さを短縮化できる。

ここで、本実施の形態に係るアンテナ１Ａの一例（以下、実施例という）のアンテナ特性（Ｓ１１特性）について有限要素法を用いて行った解析結果について説明する。
図５(a)及び(b)に、それぞれ、前記実施例に係るアンテナ５０の平面図及び側面図を示す。
前記実施例において、前記小型ループ回路１１及び前記放射エレメント２１はアルミで形成し、前記小型ループ回路ユニット１０における前記ベースフィルム１５はポリエチレン（比誘電率εr＝３．２）で形成した。
各部材の寸法は図５(a)及び(b)に示す通りである。

前記給電部及び前記放射エレメントが一体形成された従来のダイポールアンテナの一例（以下、比較例という）についても同様の解析を行った。
図６(a)及び(b)に、それぞれ、前記比較例に係るアンテナ９００の平面図及び側面図を示す。
前記比較例において、給電点を含む給電部９１０及び放射エレメント９２０はアルミで形成した。
各部材の寸法は図６(a)及び(b)に示す通りである。

図７に、前記実施例及び前記比較例の解析結果を示す。
図７に示すように、前記実施例及び前記比較例共に、Ｓ１１値が実用化レベルの指標となる−１０ｄＢを大きく下回っており、何れも十分なアンテナ特性を有している。
従って、前記実施例は、コスト低廉化及び仕様変更容易化を図りつつ、前記比較例と同等以上のアンテナ特性を有することが確認された。

図１は、本発明の一実施の形態に係るアンテナの斜視図である。図２(a)及び(b)は、それぞれ、図１に示された前記アンテナの平面図及び正面図である。図２(c)は、前記アンテナにおける放射エレメントの平面図である。図３は、図１及び図２に示すアンテナの部分拡大正面図である。図４(a)〜(d)は、本発明の変形形態に係るアンテナの平面図である。図５(a)及び(b)は、それぞれ、本発明に係るアンテナの一例（実施例）の平面図及び側面図である。図６(a)及び(b)は、それぞれ、従来のダイポールアンテナの一例（比較例）の平面図及び側面図である。図７は、有限要素法を用いて、前記実施例及び前記比較例におけるＳ１１特性に関する解析を行った結果を示すグラフである。

符号の説明

１Ａアンテナ
１０小型ループ回路ユニット
１１小型ループ回路
１２ａ，１２ｂ給電点
１５ベースフィルム
２１放射エレメント
１１０小型ループ回路の直線辺
２１０放射エレメントの直線部分
Ｃ放射エレメントの長手方向中央位置

Claims

一端部及び他端部が送受信素子における一対の接続端子にそれぞれ接続される給電点を形成するように同一平面内において略環状とされた導体によって形成され、高周波磁界を発生させる小型ループ回路と、高周波磁界によって励起されて電波を放射可能な放射エレメントであって、前記小型ループ回路とは別体形成された放射エレメントとを備え、
前記小型ループ回路及び前記放射エレメントは磁気的に結合された状態で前記小型ループ回路が位置する平面に対して直交する方向に視た際に前記小型ループ回路の少なくとも一部が前記放射エレメントとオーバーラップするように、前記直交方向に積層配置されていることを特徴とするアンテナ。
前記小型ループ回路は、所定距離に亘って直線状に延びる直線辺を有し、
前記放射エレメントは、長手方向中央の中央位置を基準にして一端側及び他端側へ所定距離に亘って直線状に延びる直線部分を有し、
前記小型ループ回路及び前記放射エレメントは、前記直線辺及び前記直線部分が互いに対して平行な状態で前記直交方向視においてオーバーラップしていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記直線辺の中央位置が前記放射エレメントの長手方向位置に関し前記中央位置と同一位置に位置されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
前記直線辺及び前記直線部分は同一幅とされ、
前記直線辺及び前記直線部分は、前記放射エレメントの幅方向位置に関し同一位置に位置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナ。
前記小型ループ回路は誘電体からなるベースフィルム上に積層されて小型ループ回路ユニットを形成しており、
前記小型ループ回路ユニットが前記放射エレメントに固着されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のアンテナ。